LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELO II

TITULO DE LA PRACTICA:

Pruebas de compresión triaxial.

OBJETIVOS:

• Determinar las caracteristicas de Esfuerzo - Deformación y resistencia de los suelos sujetos a esfuerzos cortantes.

INTRODUCCION.

En la actualidad el uso de pruebas triaxiales en laboratorios de suelos, arroja resultados más precisos en la obtención de los parámetros de resistencia C y  del suelo. Estas pruebas son de mayor confiabilidad al momento de determinar la resistencia del suelo y nos dan opción de conocer en forma más completa las características mecánicas de un suelo.

Sala de ensayos triaxiales Laboratorio IGEOTEST (fuente de internet).

En la actualidad existen dos modalidades de pruebas triaxiales; pruebas de compresión y pruebas de extensión, todo depende de si la muestra es varia en aumento o disminución su dimensión original de altura.

Las pruebas triaxiales se clasifican ademas por su forma de aplicación sobre el especimen en tres grupos, que son:

• Prueba lenta; donde el especimen se le aplica un esfuerzo de compresión en pequeños incrementos, esperando siempre que en cada incremento el valor de Un=0, es decir que debemos esperar a que el suelo consolide y que la presión del agua sea cero.

• Prueba Rápida - Consolidada; se le aplica al suelo un esfuerzo en pequeños incrementos y luego esperamos que Un=0 para después fallar el suelo en forma rápida aplicando el esfuerzo axial por completo.

• Prueba Rápida; en esta prueba tanto la presión hidrostática como la carga axial son aplicadas sin permitir consolidación en la muestra. loS esfuerzos efectivos no se conocen bien, ni tampoco su distribución en ningun momento.

Las cámaras triaxiales modernas, como las del tipo aquí descrito, pueden usarse para medición de presión neutral durante la prueba, insertando, en la base de la bureta, un segmento corto de tubo capilar de lucita y conectando una línea de presión de aire al extremo superior de la bureta. Esta línea conduce a un sistema de válvulas de control y manómetros que permiten un buen ajuste de la presión neutral del agua intersticial.

EQUIPO A UTILIZAR EN LA PRACTICA.

El único equipo que se describe en esta prueba es uno que fue originalmente diseñado en la universidad de Harvard y que ha sido utilizado comunmente en otros laboratorios.

Este equipo consiste en una camara de compresión triaxial que es formada por un cilindro de lucita, de unos 10 cm de diámetro exterior y unos 6 cm de espesor en su pared. Las bases de la camara son placas redondeadas de acero al cadmio, selladas respecto al cilindro de lucita perfectamente, por medio de goma o hule. Esta camara resiste a presiones internas hasta valores de alrededor de 7 Kg/cm2 , y con un factor de seguridad. Si las presiones interiores fueran aún mayores debera protegerse la camara con anillos de bronce o latón o con malla metálica; protegida de esta forma se pueden manejar presiones de hasta 10 Kg/cm2.

Tiene tambien un sistema de drenaje constituido por cuatro valvulas, un depósito de agua y una bureta calibrada. Para enviar la carga axial al especimen, el aparato posee un bastago en la parte superior que se conecta al marco movil.

Las pruebas se pueden realizar con esfuerzo controlado si se aplican las cargas a la mensula del marco móvil o con deformación controlada si se controla la velocidad de deformación.

Para la prueba de esfuerzo controlado mediremos la deformación con un micrómetro o extensómetro colocado sobre el marco de carga.

SATURACIÓN DEL APARATO.

Antes de comenzar la prueba debemos llenar todas las tuberías, válvulas y piedras porosas con agua. El procedimiento que se utiliza para este paso es el siguiente:

• Desarmar y limpiar la cámara y todas las líneas, procurando cerrar todas las válvulas.

• Fijar el cabezal de lucita, interior a la camara , en un soporte y pongase su piedra porosa sobre el .

• Coloquese una seccion corta de membrana de hule ( de unos 5 cms de longitud y el mismo diametro que la piedra porosa) sobre la base y la otra sobre le cabezal de la lucita.

• Llenese con agua estas secciones de la membrana y tambien el deposito de agua de reserva de la bureta.

• Apliquese una succion conveniente en el extremo superior de la bureta y abranse las valvulas a y b. Mantengase la succion, anadiendo agua a la membrana de la base de lucita segun se necesite, hasta que no se vean burbujas en la linea. Cierrese la valvula b.

• Repitase la etapa 5) accionando ahora la valvula c, en lugar de la b.

• Llenese bien el deposito de reserva de la bureta y repitase la etapa 5), accionando ahora la valvula d.

Preparacion de la muestra

Primeramente se corta un fragmento prismatico de suelo, usando segueta de alambre y guias apropiadas , los extremos de ese fragmento deben cortarse tambien normalmente al eje del prisma. A continuacion el fragmento se afina , usando un un cortador vertical apropiado vertical apropiado, hasta formar un especimen cilindrico de 3.6 cm de diametro ( lo cual da un area de seccion recta de 10.18 cm2 para la muestra) y de 10 cm de altura aproximadamente . El material sobrante de afinacion sirve para determinaciones de contenido de agua . Despues de afina la altura del especimen hasta de valor definitivo de 9 cm ( lo cual da al especimen una relacion de esbeltez de 2.5) cuidadosamente se coloca el especimen en un recipiente hermetico y se pesa, a fin de obtener su peso humedo inicial . Dentro de un cilindro metalico de 4.5 de diametro y 9.0 cm de altura de coloca la membrana apropiada, doblando hacia afuera sus extremos y expandiendola , creando un vacio entre la membrana y el cilindro. En seguida este conjunto se coloca sobre el especimen, cubriendolo, se suspende el vacio, con lo que la membrana se aprieta en torno al especimen y se retira el cilindro. Los extremos libres de la membreana se doblan ahora hacia afuera sobre el especimen.

Armando el aparato en conjunto

Para pone el conjunto del aparato trixial en condiciones de efectuar las pruebas debera proceder como sigue :

* teniendo aun el cabezal de lucita colocado en su soporte en posicion invertida , retirese la seccion de hule con agua, quitando el exceso de agua que quede sobre la pieza porosa y pongase sobre esta la muestra envuelta en su membrana ; la muestra se colocara tambien en posicion invertida.

• Desenrollese el extremo de la membrana en torno al cabezal, alisando las arrugas. Hecho esto asegurese esta posicon enrollando un hilo elastico en torno a la parte de la membrana que cubre el cabezal.

• Retirese la seccion de hule con agua que tenia colocada sobre la base de lucita. Sueltese el cabezal de su soporte e inviertase el conjunto cabezal y muestra , cuidadosamente colocandolo sobre la base de modo que la muestra quede en contacto con la porosa.

• Repitase la etapa 2) ahora con base de lucita

• Coloquese el cilindro de lucita que forma la camara trixial , en su lugar.

• Coloquese la base metalica superior de la camara sobre el cilindro de lucita, centrando el vastago de carga axial cuidadosamente en el cabezal de lucita y verificando que los empaques de hule esten correstamente dispuestos

• Asegurese provicionalmente de la placa metalica superior por medio de sus tuercas y luego en forma definitiva enroscandolas sucesivamente, de modo que la placa quede bien horizolta: las tuercas deben afianzarse solo con presion de mano.

• Conectese la linea de presion al correspondiente orificio de la placa metalica superior y la linea de agua al orificio de la plca inferior . Llenese la camara, permitiendo que un sobrante de agua entre a la linea de presion., A fin de expulsar al aire atrapado. Desconectese ahora la linea de agua.

• Coloquese la camara en el banco de soporte centrandola bien: ajustese el marco de carga sobre ella y tambien el extensometro.

• Conectese la linea de presion a un tanque regulador con una valvula de salida cerrada. Ajustese la presion del tanque al valor que se desee tener en la camara. Midase y anotese la diferencia de cargaentre lso niveles de agua en una bureta y en la linea de presion; esta de diferencia de carga debe ser dedusida del valor senalado por el manometro del tanque regulador para obtener la presion en la camara.

• Abrase la valvula de salida del tanque regulador aplicando asi la presion deseada al agua en la camara.

• Con la valvula b y c, cerradas, abrase la a y entre abriendo la valvula d, bajese el nivel del agua en la bureta hasta la lectura cero en su escala , cierrense la valvula a y d y abrase entonces las b y c.

• Ajustese el extensometro a la lectura cero.

• Para evitar que al fallar la muestar se produzca una deformacion excesiva perjudicial para las observaciones coloquese en el suelo para la mensula de carga un tope, que deje un espacio de 2.5 cm aproximadamente entre su extremo y la mensula.

El aparato esta ahora en posicion y la muestra lista para hacer la prueba.

Procedimiento para la prueba Rápida.

En pruebas de esfuerzo controlado se aplican incrementos de carga a intervalos regulares o despues de que baje la deformación bajo el incremento anterior. Los incrementos deberán aplicarse a un 10% de la resistencia estimada para la muestra. Para deformación controlada debemos tener una velocidad de 1mm x minuto. Esto es importante para estudios de suelos cohesivos saturados, ya que en estos afecta su resistencia de forma apreciable.

Si la muestra falla o su deformación axial pasa el 25% o 30%, entonces cesa el proceso de incrementar la carga, se quita la presión de la cámara, se retiran las pesas de la ménsula y se quita el extensómetro.

Procedimiento de la prueba Rápida-Consolidada.

Las lecturas iniciales durante esta primera etapa necesitan dos operarios; uno para leer el extensómetro y registrar los datos y el otro para leer las variaciones de nivel en la bureta. Por lo demás, las manipulaciones deberán ajustarse a lo que sigue:

Se seguirá el mismo procedimiento descrito para la prueba rápida.

Procedimiento de la prueba lenta.

El procedimiento es el mismo de la prueba r-c

La carga axial se aplica en incrementos, permitiendo completo drenaje de la muestra en todo momento. La velocidad de aplicación de las cargas y la magnitud de los incrementos aplicados varían a lo largo de la prueba, sin que pueda establecerse una secuela definida. Los incrementos de carga iniciales pueden ser grandes, posiblemente de un cuarto de la carga de falla prevista, dejando aplicado cada uno hasta obtener, por lo menos, un 75% de consolidación primaria. Después los incrementos deben ser de mucha menor magnitud y debe dejarse que cada uno obre durante 24 h por lo menos. Al principio no se requiere obtener curvas de consolidación más que para verificar el haber alcanzado la consolidación primaria deseada, a menos que exista una razón especial para trazarlas. No obstante, al final de la prueba sí es preciso disponer de frecuentes lecturas del extensómetro y la bureta, para poder calcular el área corregida de la sección transversal de la muestra. Deben tenerse registros frecuentes de la presión imperante en la cámara y de la temperatura del cuarto.

Cálculos.

Dibújese la curva esfuerzo - deformación unitaria. El área corregida se calcula con la ecuación:

A= 100 Ao / 100 - deformación (%)

Donde Ao es el área de la sección transversal de la muestra al inicio de la prueba. El volúmen de la muestra se considera igual al inicio y al final; si Lo es la longitud inicial de la muestrra, se tendrá:

AoLo= (Lo - deformación total) A

Entonces:

A= AoLo/Lo - def

Si Lo se toma como 100% y la deformación es la unitaria, se llega de inmediato a la primera expresión.

También se trazará el círculo de Mohr correspondiente a los esfuerzos en el instante de falla; 3,

igual a la presión hidrostática y 1 igual al 3 más

stra, registrado por el extensómetro.

En la segunda etapa deberá calcularse el área de la muestra correspondiente a cada incremento de carga aplicado, mediante la primera fórmula; con ello podrán trazarse las curvas esfuerzo - deformación. Trácese el Círculo de Mohr de falla. Si se hacen varias pruebas, trácese la envolvente a los Círculos obtenidos.

El área en el momento de la falla podrácalcularse con la expresión de Ao en prueba r-c; así podrá calcularse el esfuerzo desviador. Trácese el Círculo de Mohr correspondiente y la envolvente de falla, si se efectúan varias pruebas.

Desarme del aparato.en conjunto.